高速铁路路基沉降与变形观测控制技术研究

高速铁路沉降与变形分析及对策

摘要：在铁路建设中经常出现线路沉降、变形等病害，须对基础进行整治。轻则需调整轨道几何尺寸，严重的要拆除轨道结构重新施工，从而造成工期延误和成本增加。沉降与变形问题也是制约高速铁路正常运行的重要因素，对运营安全影响巨大。

关键词：沉降变形；区域地面沉降；冻胀；桥梁结构变形；线侧施工；

引起高速铁路沉降与变形的原因主要有地质条件、复杂桥梁结构、线路外侧施工或加载以及施工质量问题。

一、高速铁路沉降与变形产生的原因

线路发生沉降与变形主要有以下原因:

1.特殊的地质构造或环境。区域地面沉降、岩溶地基等会引起线路的沉降，地裂缝会引起线路变形，严寒地区路基冻胀会引起线路上拱。

2.软弱地基。含丰富地下水的隧道基底岩层破碎、深厚软土地基、膨胀性岩土地基等会引起线路沉降、上拱或变形。

3.复杂桥梁结构。我国高速铁路建造水平日益提高，设计了一些跨越大江大河、深沟陡谷的新型大跨桥梁结构。其设计时须与轨道结构精确耦合计算，才能满足平顺性和动态指标控制要求。

4.外部因素。线路外侧倾倒垃圾、施工桩基础、填筑路基、施工涵洞及桥梁等都会引起线路变形或沉降。

5.施工质量不良。隧道仰拱底部虚砟清理不干净导致混凝土与基岩面结合不紧密，路基过渡段填料质量不合格或者死角部位压实不到位均会引起线路沉降。施工中还出现了路基采用了具有膨胀性碎石的填料和路基掺加未完全消解的生石灰，在后期遇水后产生膨胀引起路基上拱导致无砟轨道结构变形的质量问题。具体线路产生沉降与变形的原因，有的是多方面的因素交织在一起，有的还不能准确地判明原因，要从地质、设计、施工、地理环境等多方面进行分析，查明原因后，才能制定针对性的处理措施。

二、路基冻胀分析

1.冻胀规律分析。根据对东北地区客运专线建设及运营期间冻胀季节路基观测数据的分析，冻胀变形随时间发展变化过程可划分为冻胀初始波动、冻胀快速发展、低速稳定持续发展、波动融沉、变形稳定五个阶段。建设期间路基施工应根据当地气候条件，按照“尽量提前施作、适当缩短施工单元、当年全部完成主体和附属”的原则进行施工组织设计安排。冻胀—时间曲线对线路运营管理十分重要，冻胀快速上扬和波动融沉两个阶段是线路运营的不稳定期，应加强冻胀观测，加强轨检车动态检测和轨检小车对轨道结构静态几何尺寸的检查。检测资料显示，轨道发生短波不平顺性的概率明显小于长波不平顺性，可以通过调整扣件系统来及时调整线路的平顺性。变形稳定阶段持续时间较长，经过水分反复迁移，路基稳定状态会产生轻微变化，应加强对路基特别是防水层的检查，及时对产生的缺陷进行修复。根据冻胀观测资料建立不同阶段的冻胀分布曲线并进行长期观测分析，能够找出冻胀变化较大的区段，以重点维护。

高速铁路路基沉降 自动监测方法探究

广西南宁 530100

摘要:在高速铁路工程规模逐渐扩大的趋势下，由于地质条件复杂等因素影响，部分路段极易出现路基沉降变形问题，其与轨道平顺、行车安全息息相关。然而当前高速铁路路基变形监测模式尚不完善，依旧以人工监测为主，时间与成本投入较大，局限性过大，难以满足监测需要。因此，本文涉及了高速铁路路基沉降变形自动化监测系统。

关键词:沉降变形；自动化；监测系统

一、关于铁路路基工程的沉降变形

在高速铁路无砟轨道建设发展以前，我国一直采用有砟轨道，有砟轨道工程路基沉降变形控制限值标准较低，目标容易实现。影响路基沉降变形的因素较多，且非常复杂，主要影响因素包括地基基础的强度与刚度、路基主体结构的强度与刚度、路基填料的质量、荷载作用、天气、降雨量等。任何一个因素的变化都会引起路基的沉降变形，面对如此众多的影响因素，要达到高速铁路路基工程沉降变形高标准的控制要求，要对以上因素进行综合控制，难度较大。

二、工程概况

张吉怀铁路吉首东站设计里程DK146+282.16-DK148+329.04,工点长2046.88米。路基监测要求：对路堤填筑时应进行沉降变形观测，路堤填筑速率应按照中心沉降每昼夜不大于10mm，边桩水平位移按每昼夜不得大于5mm进行控制，路堤ZC1型监测断面5个，B1、B2型监测断面23个。

三、高速铁路路基沉降自动监测系统

1、物位计

（1）工作原理及组成 系统以液体连通器原理为基础，通过不同测点的物位计对液面高度差的测量，实现基准点与被测点相对沉降的监测。在实际应用中，相关测点的物位计通过液体管道彼此相连，其中一个或部分物位计作为基准点，其它的物位计作为观测点，协同完成相关测点的沉降测量。设基准点与参考液面（储液箱液面）之间的高度差为Ho，观测点与参考液面之间高度为Hi，分别测出Hi与Ho的值，Hi-Ho的值为观测点相对于基准点的高度△。当观测点的高度发生变化时，本次测量的△值也相应的变化，两次△值的差即是沉降值。测量原理如图1所示。

高速铁路沉降观测及预测方法

摘 要：近年来，随着我国经济建设的飞速发展，高速铁路的建设也迅猛发展。但是，由于高速铁路列车速度在200km/h以上，路基、轨道的不平顺对快速行车引起的列车振动也远比相同条件下普通速度的列车严重，旅客感受的舒适度会严重降低，甚至会导致列车脱轨。因此高速铁路对轨道的平顺性提出了更高的要求。路基是铁路线路工程的重要组成部分之一，是承受轨道结构重量和列车载荷的基础，是线路工程的关键所在。高速铁路沉降防治对控制铁路工程质量，确保工后沉降满足设计要求至关重要。

关键词：高速铁路 路基 沉降 沉降观测 预测模型

中图分类号：u215 文献标识码：a 文章编号：1007-3973（2012）005-037-02

1 前言

铁路路基暴露在室外，加之我国地域广阔，地形、地质、水文、气候等情况复杂：路基边坡和坡脚受坡面雨水冲刷、日晒雨淋将引起土的干湿循环、气温变化将引起土的冻融变化、河水对边坡或坡脚处地基不断的冲刷和淘刷等，使路基常年处于升降动态循环之中，路基附加应力受其很大影响。路基填料级配不良、排水失效、过渡段碎石级配失效或不养生、路基横向碾压、填料含水率超标等将引起路基沉降。铁路两旁新修建的建筑物尤其是特大型建筑也会对路基产生影响，所以铁路路基沉降在一定意义上讲不可避免。但

过大的变形沉降将直接影响旅客舒适度以及行车安全，所以必须对高速铁路路基沉降加以防治。本文着重介绍高速铁路路基沉降观测及预测技术。

2 高速铁路路基沉降测量控制要求

只有做好高速铁路路基沉降测量工作，才能保证沉降控制工作的顺利完成，为接下来的工作提供数据资料。所以工程技术人员要采用科学正确的方法，高效的完成测设工作，要保证测量精度要求，利用配套计算机对所有观测值进行严密平差，保证整个控制精度完全能够符合国家工程测量技术规范和工程设计要求。

高速铁路线下工程沉降控制理论分析研究

摘要：本文通过建立沉降预测模型和计算方法，探索了又快又好地建设高速铁路，实现“零沉降”目标的可行性和途径。

关键词：高速铁路沉降控制预测模型

中图分类号： u238 文献标识码： a 文章编号：

1.前言

铁路的安全性和舒适性是保障铁路高效运营的两大前提条件，而其线下工程工后沉降值的控制则是影响铁路安全性和舒适性的重要因素，而高速铁路对轨道的平顺性又提出了更高的要求。线下工程是承受轨道结构重量和列车载荷的基础，也是线路工程中最薄弱最不稳定的环节，线下工程沉降控制对控制铁路工程质量，确保工后沉降满足设计要求至关重要。

2.沉降控制理论分析

目前而言，国内外针对软土路基沉降计算的方法很多，大多分为两类：一类以太沙基等经典土力学理论为代表的理论公式法，另一类则是伴随着计算机和有限元理论发展的数值分析法。实际工程中，较多采用分层总和法、三维沉降计算方法和有限单元法计算沉降量。

2.1 分层总和法

分层总和法的基本思想是根据所求得路基土竖向应力，利用室内实验测得压缩指标、压缩曲线及压缩模量等，分层计算沉降量后求和。此法是实际工程中应用最为广泛的沉降计算方法，但由于分

层总和法未能考虑软土的流变性和土体的侧向变形，因而存在一定偏差。

（2-1）

式中：—i层土体压缩系数；—土体受压前后荷载值之差；—土体压缩前空隙比；

2.2 三维沉降法

由于软土具有显著的流变性，因而其侧向变形引起的沉降在沉降计算中不可忽略不计，故针对软土路基可采用三维沉降计算方法。通常，三维沉降计算方法以黄文熙三维压缩法、lambe应力路径法和司开普顿—比伦半经验法为代表，前者假定地基土体为各向同性的弹性体，并借助弹性理论进行计算；后两者则根据室内三维应力模拟值计算。

黄文熙三维压缩法：